KC903无线电通信综合测试仪 自诊断逻辑
刘虎吴庆
1.科创研究院仪表局,中国 四川省 成都市
kcma 2019-7-6原创 科创仪表局
中文摘要
KC903项目已终止5年了,现将其中部分设计资料公开,供有关人士参考

    KC903具有完善的自诊功能。巧妙利用内部硬件之间的互连关系,借助软件计算,在CPU部分能够正常工作的前提下,可以发现大部分故障并准确判断大部分故障的原因。

 

一、概述

1、自诊类型及启动条件

    分为快速自诊、详细自诊两类。快速自诊是设备在正常使用过程中,每次开机都需要运行的诊断。该诊断项目较少但能够反映宏观的问题,且执行时间短,不会显著影响设备的开机时间;目的是及早发现故障,最大限度避免用户受到错误测试结果的困扰。详细诊断是当快速自诊发现异常时,或者用户认为有必要时进行的诊断。该诊断涵盖可能进行的所有诊断项目,目的是准确评估故障的大小,协助维修人员确定故障的原因。

    快速自诊的启动条件:每次开机时都需要运行。其余需要运行的情况待定,程序中要把快速自诊作为一个单独的模块对待,以便将来如果认为有必要,能将其插入到需要的地方(例如,当温度低于-10℃时,每当用户切换功能时都运行一次)。

    快速自诊如果判定有故障,则需在显示屏上持续提醒用户运行详细自诊,但不影响用户进行测试操作。如果用户重启设备后快速自诊为正常,则消除这一提醒(超1000次的情况,不消除)。

    详细自诊断启动条件:用户认为有必要时可以在系统设置菜单中选择运行。在下列情况下提醒用户运行,在用户运行之前,提醒不消除:严重告警被触发之后(温度和电源电压过低不属于该范围);开机次数自上次详细自诊之后积累达1000次或运行总时间达1000小时(如果有记录的话);快速自诊判断为故障后。

    详细自诊如果判定有故障,则需在显示屏上持续提醒用户设备有故障,但不影响用户进行测试操作。如果用户重复运行详细自诊,而又被诊断为正常,则消除这一提醒;但是快速自诊如果诊断为正常,该提醒不被消除。

2、自诊的记录

    自诊结果记录在ROM中(EEPROMFLASH,视容易程度)。并不是所有的结果都要记录,比如快速自诊为正常的时候就不用记录。而快速自诊为故障,或详细自诊为正常或故障,都需要记录。

    记录写在两个不同的文件中(分别是快速和详细自诊),都包含如下项目:

    1)日期、时间、当时的开机总次数(不是详细自诊间隔次数)和运行总小时数(如果有记录的话);(2)自诊类型(快速or详细);(3)判定结论(正常or故障);(4)错误代码(如果有故障的话);(5)自诊是否进行完全(完全or中断)。

    上述第(5)项,是因为有些自诊项目需要前面的项目都正常才能进行,否则没有意义(比如,信号源射频故障,则无法诊断接收机),此时自诊必须中断退出,因此,如果自诊中断,则错误代码并不代表全部情况。错误代码可能有多个,只记录前5个(按记录5个分配足够的空间)。

    ROM的存储空间是有限的,因此,自诊的记录被限定为各100条。当超出时,覆盖最早的记录。

    记录的显示应按照日期时间排序。如果用户发现日期靠后的记录开机次数反而更小,说明系统时间曾被错误调整。

    记录可以被擦除。擦除记录的入口在高级复位菜单(与普通复位菜单不同,且需按组合键开机才能进入)。在还未进行出厂校准时,显然每次开机仪器都会认为有故障并记录下来,因此,出厂前必须进行一次擦除。擦除记录时,有关需要详细自诊的提示也必须一并被擦除。

3、自诊的区域

    分为电源、音频、信号源、调制源、接收机、场强表、频率表和功率表部分。

    音频和调制源、场强表与功率表,有部分硬件是重复的,但自诊的方法不同,需区别对待。

4、自诊的一般方法

    对于电源部分,方法是用ADC对电压进行测量,在此同时,启闭一些开关,观察电源受到的扰动是否符合预期。由于缺少总线电压监测硬件,故无法进行组合诊断。

    对于射频部分,基本方法是用设备自带的场强表、接收机采集设备自带的信号源的输出。并且,默认场强表和接收机不会同时故障(这种概率很低),以此判定最可能的故障位置。

    对于音频部分,基本方法分为两类,一是用设备自带的示波器检测设备自带的音频信号源;二是用音频源进行调制,用接收机分析调制的结果。假如示波器检测音频源正常,而射频检测不正常,则判定调制器或接收机有故障,反之则判定示波器有故障,以此类推。

    默认最不容易出故障的是场强表,且场强表的核心器件是否正常,可以依赖纯软件诊断。

    对于收发配合进行的诊断(如用示波器检测音频源),总的来说分为内部环路和外部环路两种情况。所谓内部环路是指通过调整电子开关,让发送信号通过设备内部的联系进入接收电路。所谓外部环路,是指要求用户用测试跳线将设备特定的外部端口连接起来,让发送信号通过跳线进入接收电路。内部环路和外部环路之间的差异,可以反映端口设备的好坏(例如各种缓冲器、保护器、衰减器)。

    由于硬件设计时已经基于现有条件充分考虑了内部联系,因此允许程序对电路进行无数种组合,理论上可以判断几乎全部故障的准确位置。但是不可能做一个复杂无比的自诊程序,也没有这种必要。本文所述的自诊逻辑,只挑选了其中最有代表性的若干种组合。

IMG_1144.JPG

二、快速自诊

    快速自诊只进行少数概况性的项目。快速自诊的错误代码以2开头,4位,例如2001

1、自诊前进行的项目

    自诊前需要测量电源电压和温度。电池电压过低或充电电压过高就不能允许开机,而温度过低或过高要触发告警,如果用户同意继续开机,才进行自诊。

2、快速自诊的内容

    快速自诊是串联诊断。通过信号源输出一个有FM调制的信号,并用接收机对该信号进行接收解调,分析调制频偏。如果AF信号源(DDS)、射频信号源及其处理回路、接收机回路及调制分析器有任何一部分故障,最终就无法得到正确的调制频偏数据。因此,只要没有得到正确的调制频偏数据,即可认为设备有故障。

    接收机也可以得到电平数据,并以此判断有无细节的故障。场强表可以感知信号源的信号,如果接收机判断电平正常,而场强表却没有得到正确的读数,可以初步判定场强表故障。但反之却不能判断为接收机故障,因为可能是信号源的频率不准。

    由于频率计需要较高的触发电平,通过机内联系无法提供,故快速自诊不诊断频率计。

3、具体实施方案

    使信号源工作在225.075MHz5KHz频偏调频,输出衰减器全部归零,使其以最大的信号输出。使信号源端口选择电子开关接通双工回路(即接通功率端口),然后使接收端口选择电子开关也接通双工回路(功率端口)。让接收机工作在自动增益模式,并置接收频率为225.075MHz,调频解调。开通调制分析,读取调制频偏和接收电平(此处调取窄带场强端口的校准数据进行校正)。于此同时,用宽带功率表读取功率(此处调取宽带场强端口的校准数据进行校正)。

    判断项目:(1)调制频偏,(2)接收电平,(3)宽带功率

    正常范围:对于调制频偏,应位于4KHz~6KHz之间。对于接收电平,应位于-20~-30dBm之间。对于宽带功率,应位于-15~-30dBm之间。以上范围均为理论值,具体可在定型时规定。

    诊断结论:

    1)频偏、接收电平、功率均正常,判定设备正常。

    2)频偏异常,接收电平、功率正常,判定调制解调器故障。

    3)频偏、接收电平异常,功率正常,判定接收机+信号源故障。

    4)频偏正常,接收电平异常,功率异常,判定信号源故障。

    5)频偏、接收电平正常,功率异常,判定功率表故障。

    6)频偏正常,接收电平异常,功率正常,判定接收机故障。

    7)全部异常,判定信号源故障。

 

三、详细自诊

    详细自诊分为三步,首先是基本自诊;随后是内环路自诊,不依赖外部跳线。然后通知用户接上外部跳线,进行外环路自诊。

1、基本自诊

    基本自诊不依赖射频电路,主要检查预设的反馈点和外观目视检查(该项不做判定)。

    1)检查电源电压和温度。如果没有检测到外部供电(11.5V以上)且电池电压低于7.2V,通知用户连接充电器,否则不能进行自诊(用户要么连接充电器,要么按退出自诊按键)。温度低于-10℃或高于+45摄氏度,通知用户按退出键退出自诊。这种退出视为没有进行自诊,不写入记录。

    2)对所有芯片进行初始化,并回读数据,判断芯片是否连接正常。

    3)检查存储器是否有数据异常或坏块。

    4)检查调幅器的反馈电压。为调幅器送入3.00V的直流偏置,回读直流电压,应当在2.5~3.5V之间。

    5)让显示器显示单色(全屏显示),依次为红、黄、蓝、白,前三种颜色每种停留2秒。然后在白色基础上,调整显示屏的亮度(最暗、中等、最亮),并显示文字“暗”、“中”、“亮”,每种亮度停留1秒。

    6)显示器恢复正常显示,让键盘灯开启,调节亮度(分暗、中、亮),显示屏上同步显示文字。

    7)蜂鸣器鸣响1秒,喇叭鸣400Hz50%音量单音1秒。

    基本自诊完成后,提示成功或故障代码。如果基本自诊就发现有故障,应通知用户中断自诊。最先出现的故障代码写入存储器,并记录自诊因故障中断。显示和声音仅仅让用户自己判断,设备不做判断。

 

2、内环自诊

    内环自诊是重要的自检程序,它不但是用户了解设备状态的工具,更是出厂复检的基本依据,可以大幅度节约出厂和供货前检验的时间。

    内环自诊的第一步与快速自诊的步骤是一样的,只是判断方式不同。如果第一步没有发现必须中断自诊的问题,随后增加的步骤是:用3DDS分别提供调制信号,检验调制频偏。扫描功率,检测信号源衰减器是否正常。扫描中频增益,检测接收机衰减器是否正常。调制数字亚音,用接收机解码,判断数字亚音编解码是否正常。

    第一步:使信号源工作在775.075MHz5KHz频偏1KHz单音调频,输出衰减器全部归零,使其以最大的信号输出。使信号源端口选择电子开关接通双工回路(即接通功率端口),然后使接收端口选择电子开关也接通双工回路(功率端口)。让接收机工作在自动增益模式,并置接收频率为775.075MHz,调频解调。开通调制分析,读取调制频偏和接收电平(此处调取窄带场强端口的校准数据进行校正)。于此同时,用宽带功率表读取功率(此处调取宽带场强端口的校准数据进行校正)。

    测量项目:(1)调制频偏,(2)接收电平,(3)宽带功率

    正常范围:对于调制频偏,应位于4KHz~6KHz之间。对于接收电平,应位于-20~-30dBm之间。对于宽带功率,应位于-15~-30dBm之间。以上范围均为理论值,具体可在定型时规定。

    诊断结论:

    1)频偏、电平、功率均异常,且电平、功率均小于-45dBm,判定信号源故障,记录并通知用户退出自诊。

    2)只要有一项正常,或三项都异常但电平、功率至少有一项不小于-45dBm范围内,均可继续自诊。

    第二步:条件同第一步,但更换另两个尚未用到的DDS,频偏均改为3KHz

    测量项目:调制频偏

    正常范围:2~4KHz

    诊断结论:只要其中有一个正确,则判定调制解调器正常,DDS故障。如果三个都不正确,判定调制解调器故障。

    第三步:条件同第一步,但不加调制。首先将所有衰减器归零,测量窄带电平;然后保持高位衰减器归零,用低位衰减器扫描0~60dB(步进10dB),测量窄带电平的变化;再将低位衰减器归零,使高位衰减器扫描0~50dB(步进50dB),测量窄带电平的变化;最后将所有衰减器归零,用微调衰减器扫描-1~1dB(步进2dB),测量窄带电平的变化。

    测量项目:窄带电平。

    诊断结论:当归零时,电平不小于-45dBm,测试中电平变化量距离预期超过10%+1dB,判定相应的衰减器故障。如果归零时电平小于-45dBm,电平变化量距离预期不超过10%+1dB,判定接收机故障;如果电平变化量距离预期超过6dB,则无法判定故障位置。如果在第一步测量中电平位于其正常范围,而本步骤中变化超差,判定衰减器故障。如果均正常,判定正常。

    第四步:条件同第三步,所有衰减器归零。调整接收衰减器0~30dB(步进10dB),检查窄带电平的变化。

    诊断结论:归零时,窄带电平如果不小于-45dBm,窄带电平的变化与预期之间的差别不应超过5%+1dB,否则判定接收衰减器故障。归零时如果小于-45dBm,变化量却正常,且第三步变化量也正常,判定中放故障;第三步如果不正常,判定信号源故障;如果窄带接收电平变化量也不正常,则无法做出判定。

 

3、外环自诊

    外环自诊的软件设定方法与内环自诊基本相同。不同的是,通知用户在适当的时候用校准跳线连接相应的端口,包括:

    1)连接信号源输出口和场强输入口。这样可以检查信号源的功率放大器是否正常。

    2)连接信号源的输出口和功率输入口。这样可以检查功率衰减器是否正常(注:如果信号源内环采用分路器则不具有该功能)

    3)或者,连接功率输入口和场强输入口。这样可以检查功率衰减器是否正常。

    4)连接音频输出口和音频输入口,可以检查AF信号源DDS以及端口设备是否正常。

    5)连接耳机输出口和音频输入口,可以检查音频功放的频响。

    6)连接音频输出口和手柄接口,可以检查话筒放大器是否正常。

    7)可能还可以连接WIFI天线口和场强输入口,检查WIFI的功率是否正常。

    如果双工器故障,内环自诊将发现故障但无法定位,而外环自诊可以绕过机内双工器,对故障进行定位。

    有关外环自诊的具体事项本文从略,在软件编写时再补充拟定。

 

[全文完 2014-02-20]


[修改于 4 个月前 - 2019-07-06 19:25:35]

来自 仪表与测量

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